Condition-线程通信更高效的方式

接近一周没更新《Java线程》专栏了，主要是这周工作上比较忙，生活上也比较忙，呵呵，进入正题，上一篇讲述了并发包下的Lock，Lock可以更好的解决线程同步问题，使之更面向对象，并且ReadWriteLock在处理同步时更强大，那么同样，线程间仅仅互斥是不够的，还需要通信，本篇的内容是基于上篇之上，使用Lock如何处理线程通信。

那么引入本篇的主角，Condition，Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和 notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意 Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set （wait-set）。其中，Lock 替代了 synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。下面将之前写过的一个线程通信的例子替换成用Condition实现(Java线程(三))，代码如下：

public class ThreadTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadExecute(business, "sub");
            }
        }).start();
        threadExecute(business, "main");
    }
    public static void threadExecute(Business business, String threadType) {
        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            try {
                if("main".equals(threadType)) {
                    business.main(i);
                } else {
                    business.sub(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class Business {
    private boolean bool = true;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    public /*synchronized*/ void main(int loop) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(bool) {
                condition.await();//this.wait();
            }
            for(int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println("main thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
            }
            bool = true;
            condition.signal();//this.notify();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public /*synchronized*/ void sub(int loop) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while(!bool) {
                condition.await();//this.wait();
            }
            for(int i = 0; i < 10; i++) {
                System.out.println("sub thread seq of " + i + ", loop of " + loop);
            }
            bool = false;
            condition.signal();//this.notify();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在Condition中，用await()替换wait()，用signal()替换notify()，用signalAll()替换notifyAll()，传统线程的通信方式，Condition都可以实现，这里注意，Condition是被绑定到Lock上的，要创建一个Lock的Condition必须用newCondition()方法。

这样看来，Condition和传统的线程通信没什么区别，Condition的强大之处在于它可以为多个线程间建立不同的Condition，下面引入API中的一段代码，加以说明。

class BoundedBuffer {
   final Lock lock = new ReentrantLock();//锁对象
   final Condition notFull  = lock.newCondition();//写线程条件
   final Condition notEmpty = lock.newCondition();//读线程条件 

   final Object[] items = new Object[100];//缓存队列
   int putptr/*写索引*/, takeptr/*读索引*/, count/*队列中存在的数据个数*/;

   public void put(Object x) throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == items.length)//如果队列满了
         notFull.await();//阻塞写线程
       items[putptr] = x;//赋值
       if (++putptr == items.length) putptr = 0;//如果写索引写到队列的最后一个位置了，那么置为0
       ++count;//个数++
       notEmpty.signal();//唤醒读线程
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }

   public Object take() throws InterruptedException {
     lock.lock();
     try {
       while (count == 0)//如果队列为空
         notEmpty.await();//阻塞读线程
       Object x = items[takeptr];//取值
       if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;//如果读索引读到队列的最后一个位置了，那么置为0
       --count;//个数--
       notFull.signal();//唤醒写线程
       return x;
     } finally {
       lock.unlock();
     }
   }
 }

这是一个处于多线程工作环境下的缓存区，缓存区提供了两个方法，put和take，put是存数据，take是取数据，内部有个缓存队列，具体变量和方法说明见代码，这个缓存区类实现的功能：有多个线程往里面存数据和从里面取数据，其缓存队列(先进先出后进后出)能缓存的最大数值是100，多个线程间是互斥的，当缓存队列中存储的值达到100时，将写线程阻塞，并唤醒读线程，当缓存队列中存储的值为0时，将读线程阻塞，并唤醒写线程，下面分析一下代码的执行过程：

1. 一个写线程执行，调用put方法；

2. 判断count是否为100，显然没有100；

3. 继续执行，存入值；

4. 判断当前写入的索引位置++后，是否和100相等，相等将写入索引值变为0，并将count+1；

5. 仅唤醒读线程阻塞队列中的一个；

6. 一个读线程执行，调用take方法；

7. ……

8. 仅唤醒写线程阻塞队列中的一个。

这就是多个Condition的强大之处，假设缓存队列中已经存满，那么阻塞的肯定是写线程，唤醒的肯定是读线程，相反，阻塞的肯定是读线程，唤醒的肯定是写线程，那么假设只有一个Condition会有什么效果呢，缓存队列中已经存满，这个Lock不知道唤醒的是读线程还是写线程了，如果唤醒的是读线程，皆大欢喜，如果唤醒的是写线程，那么线程刚被唤醒，又被阻塞了，这时又去唤醒，这样就浪费了很多时间。

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